專利名稱：狹縫裝置及四刀狹縫的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及屬于光學儀器領域，尤其涉及一種可用于各種中子散射譜儀系統(tǒng)，或其他的光譜儀器系統(tǒng)中要求狹縫寬度可高精度寬范圍調(diào)整的狹縫裝置及具有該狹縫裝置的一種四刀狹縫。
背景技術：
中子散射技術是在上個世紀四五十年代發(fā)展起來的，由于中子具有較強的穿透能力、一定的靜止質量和不帶電等特性，被人們用來研究物質中的原子位置和排列方式以及分子構型等，它的實驗方法包括中子衍射、中子小角散射和中子反射等技術，作為一種研究工具，它的應用已涉足于物理、化學、化工、生物、地礦和材料科學等研究領域。在中子散射實驗中，需要通過幾組水平和豎直設置的狹縫截取出具有高度準直性的中子束，通過分析散射前、后中子束的動量和能量變化來獲取物質的微觀結構和動力學信息。在這一過程中狹縫起到了非常重要的作用，狹縫開口范圍一般要求從幾十毫米到幾十微米可調(diào)，狹縫刀片定位精度、狹縫開口精度以及刀片平行性要求很高?，F(xiàn)有技術中，寬度可調(diào)狹縫裝置主要有以下幾類:1、使用一根兩端旋向不同的絲杠同時帶動左右刀片一起朝相反方向運動實現(xiàn)狹縫的寬窄調(diào)節(jié)。例如公開號為CN1967208A、申請人為北京光學儀器廠、名稱為“新型狹縫裝置”的中國發(fā)明專利申請，公開了一種狹縫裝置，這種狹縫裝置的狹縫開口范圍較大，但主要缺點是:對于十幾微米級別的狹縫開口很難控制，狹縫開口精度不高，且狹縫閉合的中心位置固定，不方便現(xiàn)場調(diào)節(jié)。2、利用彈性鉸鏈作為狹縫的傳動機構實現(xiàn)狹縫寬度雙向可調(diào)，例如公開號為CN101532876A、申請人為中國科學技術大學`，名稱為“縫寬可調(diào)節(jié)的小型精密狹縫裝置”的中國發(fā)明專利申請所公開的狹縫裝置，這種狹縫裝置的狹縫開口精度較高，但是主要缺點是狹縫開口在毫米以下，開口范圍太小，且不方便自動控制。3、目前在國內(nèi)外中子散射譜儀上使用較多的狹縫裝置，主要通過使用兩根獨立的絲杠分別帶動狹縫的兩個刀片朝著相反的方向運動實現(xiàn)狹縫的寬窄調(diào)節(jié)。這種狹縫裝置的狹縫開口范圍較大，單個刀片的定位精度也很高，但是主要缺點是:兩個獨立的刀片運動系統(tǒng)，會導致兩個刀片整體的定位精度降低，從而很難達到更高的狹縫開口精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供一種狹縫裝置，以解決現(xiàn)有技術狹縫裝置在狹縫開口范圍大時狹縫開口精度不高，在狹縫開口精度高時狹縫開口范圍卻又太小的問題。本發(fā)明的另一目的，是提供一種具有本發(fā)明狹縫裝置的四刀狹縫。為達上述目的，本發(fā)明的一較廣義實施例為提供一種狹縫裝置，用于光譜儀器系統(tǒng)，所述狹縫裝置包括:主體基板；第一滑臺和第二滑臺；分別設置于第一滑臺和第二滑臺的兩相對內(nèi)側的第一狹縫刀片和第二狹縫刀片；用于驅動第一滑臺相對于主體基板滑動的主驅動機構；固定連接于第一滑臺，用于驅動第二滑臺相對于主體基板滑動的副驅動機構。本發(fā)明的四刀狹縫，包括水平設置和豎直設置的兩狹縫裝置，兩狹縫裝置為本發(fā)明的狹縫裝置。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的狹縫裝置，把下狹縫刀片的驅動機構與上滑臺固定連接在一起，可以保證當主絲杠轉動時上下狹縫刀片位置相對固定，并朝同一方向運動，之后再使用副絲杠帶動下狹縫刀片靠近或遠離上狹縫刀片來改變狹縫的大小，這樣可以大大減小兩根絲杠獨立運動的誤差，從而獲得更高的狹縫開口精度，并可獲得十幾微米級別的狹縫；并且與單根絲杠帶動狹縫的兩個刀片開合的結構相比，這種結構的狹縫開口范圍大，狹縫的中心位置可調(diào)，方便安裝。本狹縫裝置的寬度調(diào)節(jié)范圍最小可達五十微米以下，最大可到幾十毫米以上，狹縫開口精度可達4微米以下，滿足實際應用的需求。進一步的，部分實施例中，通過使用步進電機驅動絲杠轉動，使用光柵尺測量刀片位置進行反饋控制，可以實現(xiàn)狹縫的自動控制，并獲得更高精度的狹縫開口。進一步的，部分實施例中，通過絲杠螺母、副螺母和壓簧共同組成的張緊機構可以消除絲杠和絲杠螺母之間的間隙，保證狹縫開合精確。進一步的，部分實施例中，上狹縫刀片和下狹縫刀片在垂直于主體基板的方向上錯位布置，可以保證狹縫開口為零時上下狹縫刀片不碰撞。


圖1是本發(fā)明實施例的狹縫裝置的主視圖。圖2是本發(fā)明實施例的狹縫裝置的右視圖。圖3為本發(fā)明實施例的狹縫裝置的仰視圖。圖4和圖5為本發(fā)明實施例的狹縫裝置的等軸測視圖。圖6為圖1中的A-A剖視圖。圖1為本發(fā)明實施例的四刀狹縫的主視圖。圖8和圖9為本發(fā)明實施例的四刀狹縫的等軸測視圖。圖10為本發(fā)明實施例的四刀狹縫的俯視圖。圖11和圖12為本發(fā)明實施例的四刀狹縫的等軸測視圖。圖13為本發(fā)明實施例的四刀狹縫的后視圖。圖14-圖23為本發(fā)明四刀狹縫的測試數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施方式上具有各種的變化，然其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質上當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明實施例的四刀狹縫，可具有本發(fā)明各實施例的狹縫裝置，即水平設置和豎直設置的狹縫裝置均為本發(fā)明實施例的狹縫裝置。下面結合附圖對本發(fā)明實施例的狹縫裝置作詳細說明，本實施例是以豎直設置的狹縫裝置為例進行說明。在本實施例中，滑臺和狹縫刀片均以上下進行區(qū)分，如果是在水平設置的狹縫裝置中，則滑臺和狹縫刀片則以左右進行區(qū)分。如圖1-圖6所示，本發(fā)明實施例的狹縫裝置，主要包括主體基板1、上滑臺9、下滑臺2、上狹縫刀片7、下狹縫刀片5、作為主驅動機構的主絲杠10和主絲杠螺母13、以及作為副驅動機構的副絲杠26和副絲杠螺母25。如圖1所示，主體基板I的一側表面(面向上滑臺9和下滑臺2的一面)的兩邊對稱固定連接兩條直線導軌副6，左右兩條直線導軌副6各具有兩個滑塊29，分別用于連接上滑臺9和下滑臺2。上滑臺9的設置上狹縫刀片7的表面和下滑臺2的設置下狹縫刀片5的表面共面并與主體基板I的設置直線導軌副6的表面平行。而主驅動機構和副驅動機構則分別設置于主體基板I的兩側。上滑臺9分別與左右兩條直線導軌副6的在上的滑塊29固定連接，因此上滑臺9可以在與主體基板I的設置直線導軌副的表面平行的平面上沿著直線導軌副6來回做直線運動，上狹縫刀片7設置在上滑臺9與下滑臺2相對的一側，如圖4所示，上狹縫刀片7通過上刀片壓板8與上滑臺9固定相連。上刀片壓板8內(nèi)側的上狹縫刀片7的后端設置有刀片基準板30，以便于上狹縫刀片7的安裝定位。下面再介紹一下驅動上滑臺9的主驅動機構，其包括主絲杠10、主絲杠螺母13、主電機連接板15、軸承17、主電機法蘭20和主電機21，主絲杠螺母13固定連接于上滑臺9的一側邊，且設置主絲杠螺母13的側邊與設置上狹縫刀片7的側邊垂直，主絲杠10與直線導軌副6平行，主絲杠10的一端與主絲杠螺母13螺紋連接，主絲杠10與主電機法蘭20通過一對軸承17相連，主電機法蘭20通過主電機連接板15與主體基板I固定連接,主絲杠10的軸承安裝端通過聯(lián)軸器19與主電機21相連。下滑臺2分別與左右兩條直線導軌副6的在下的滑塊29固定連接，因此下滑臺2也可以在與主體基板I設置導軌的平面平行的平面上沿著直線導軌副6來回做直線運動，在下滑臺2與上滑臺9相對的一側邊設置有下狹縫刀片5，下狹縫刀片5通過下刀片壓板4與下滑臺2固定連接，下狹縫刀片5的刀口與上狹縫刀片7的刀口平行并與直線導軌副6垂直。下狹縫刀片5與下滑臺2之間墊設有刀片墊板40，以便于下狹縫刀片5的安裝定位。下面再介紹一下驅動下滑臺2的副驅動機構，其包括副絲杠26、副絲杠螺母25、副電機法蘭24、副電機連接板22、軸承17和副電機23，下滑臺2 —側與副絲杠螺母25固定連接，副絲杠26與直線導軌副6平行，副絲杠26的一端與副絲杠螺母25螺紋連接，副絲杠26與副電機法蘭24通過一對軸承17相連，副電機法蘭24通過副電機連接板22與上滑臺9固定連接，副絲杠26的軸承安裝端通過聯(lián)軸器19與副電機22相連。如圖1所示，主絲杠10和副絲杠26的軸承安裝端設置有鎖緊螺母18和軸承壓板16以分別限制主絲杠10和副絲杠26的軸向和徑向竄動。主絲杠螺母13和副絲杠螺母25內(nèi)均設置有副螺母11和壓簧12組成張緊機構以消除絲杠和絲杠螺母之間的間隙。如圖2和圖4所示，上滑臺9和下滑臺2均呈U形，在臨近主絲桿10的一側的上滑臺9和下滑臺2的U形彎折端面(與主體基板I的設置直線導軌副6的面平行的那一面)均粘有光柵尺27 (如圖2、圖3和圖5所示)，主體基板I上固定連接有主讀數(shù)頭支架14，上滑臺9上固定連接有副讀數(shù)頭支架3，主讀數(shù)頭支架14與副讀數(shù)頭支架3上均設置有光柵尺讀數(shù)頭28 (如圖5所示)。
如圖4所示，上狹縫刀片7和下狹縫刀片5在垂直于主體基板I的方向上錯位布置，狹縫閉合時上下狹縫刀片不會碰撞。上狹縫刀片7和下狹縫刀片5由碳化硼材料制成，碳化硼材料可用于吸收中子。下面再介紹本發(fā)明實施例的狹縫裝置的具體調(diào)節(jié)過程:當主電機21轉動時，主電機21通過聯(lián)軸器19帶動主絲杠10轉動，通過主絲杠螺母13把旋轉運動轉化為直線運動，帶動與主絲杠螺母13固定相連的上滑臺9沿著直線導軌副6做直線運動，固定于上滑臺9上的上狹縫刀片7也隨著上滑臺9做直線運動，通過設置于主讀數(shù)頭連接板14上的光柵尺讀數(shù)頭28實時讀取位于上滑臺9側面的光柵尺27以獲得上狹縫刀片7的位置，同時由于下狹縫刀片5的驅動機構與上滑臺9固定相連，因此下狹縫刀片5和上狹縫刀片7的位置相對固定并同朝一個方向做直線運動；上狹縫刀片7找準位置后，主電機21停轉，副電機23開始轉動，副電機23通過聯(lián)軸器19帶動副絲杠26轉動，通過副絲杠螺母25把旋轉運動轉化為直線運動，帶動與絲杠螺母25固定相連的下滑臺2沿著直線導軌副6做直線運動，固定于下滑臺2上的下狹縫刀片5朝著上狹縫刀片7做直線運動，此時由上狹縫刀片7和下狹縫刀片5組成的狹縫寬度減小，當需要增大狹縫時，則副電機23反轉并帶動下狹縫刀片5朝著上狹縫刀片7的反方向運動，此時狹縫增大，通過設置于副讀數(shù)頭連接板3上的光柵尺讀數(shù)頭28實時讀取位于下滑臺2側面的光柵尺27以獲得下狹縫刀片5的位置，找準上下狹縫刀片位置后則可得到所需的狹縫開口位置和大小。本發(fā)明狹縫裝置尤其適用于中子散射譜儀系統(tǒng)。本發(fā)明實施例的四刀狹縫，如圖7-圖13所示，其水平設置和豎直設置的狹縫裝置均為本發(fā)明實施例的狹縫裝置。圖中指示了水平設置和豎直設置的狹縫裝置的部分部件，其中水平設置的狹縫裝置包括主體基板I’、左狹縫刀片7’、右狹縫刀片5’，而豎直設置的狹縫裝置包括主體基板1、上狹縫刀片7、下狹縫刀片5。上述的水平設置的狹縫裝置和豎直設置的狹縫裝置共同安裝在一個花崗巖基座31上，其材質例如為花崗巖。在基座31上設置有兩連接座32、35，連接座32、35分別通過螺栓33、34固定連接于基座31，而主體基板I’固定連接于連接座32，而主體基板I則固定連接于連接座35。在安裝好水平設置的狹縫裝置和豎直設置的狹縫裝置后，兩者的刀片之間的距離大約為16_，而兩者的刀片壓板之間的最小距離大約可為2_。如圖7和圖13所示，所需的四刀狹縫即由上狹縫刀片7、下狹縫刀片5、左狹縫刀片V和右狹縫刀片5’共同組成的矩形區(qū)域。以下介紹一個本發(fā)明實施例的四刀狹縫的測試報告的相關情況。以下圖14-圖23的截圖部分均為RENISHAW XL80激光干涉儀使用軟件采集的原始數(shù)據(jù)，折線圖均為使用原始數(shù)據(jù)為本項目應用所做的分析圖表，其中橫坐標單位為毫米，縱坐標單位為微米。一、水平部分圖14為水平運動部分檢測數(shù)據(jù)，圖15為正向重復定位精度分析表，圖16為負向重復定位精度分析表，圖17為雙向重復定位精度分析表，圖18為水平方向的微步距檢測數(shù)據(jù)。由上述數(shù)據(jù)可知，水平運動部分在正方向單向及負方向單向的重復定位精度分別為0.47 i! m和0.36 u m，雙向全行程的重復定位精度為1.52 y m ( ±0.76 y m),符合應用要求。微步距定位精度為0.4 y m，且步距分明，符合應用要求。二、垂直運動部分圖19為豎直運動部分檢測數(shù)據(jù)，圖20為正向重復定位精度分析表，圖21為負向重復定位精度分析表，圖22為雙向重復定位精度分析表，圖23為豎直方向的微步距檢測數(shù)據(jù)。因為軟件設置的問題，圖23中的縱坐標單位為納米。以上數(shù)據(jù)表明，垂直運動部分在正向、反向重復精度分別為0.95 ii m和0.68 U m,雙向重復定位精度為1.23iim(±0.62iim)，符合應用要求。該部分正反向數(shù)據(jù)與雙向數(shù)據(jù)差異不大，全行程一致性較好，同樣也有檢測手段帶來的扭擺誤差，但并不明顯。微步距重復定位精度為0.18 U m,符合應用要求。三、結論通過上述數(shù)據(jù)可以看出，水平運動部分和垂直運動部分的重復定位精度均〈± I U m，隨機進行0.05mm微步距測試時無爬行現(xiàn)象，且精度都小于±0.5 y m，檢測結果符合應用要求。綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領域技術人員應當意識到在不脫離本發(fā)明所附的權利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動與 潤飾，均屬本發(fā)明的權利要求的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種狹縫裝置，用于光譜儀器系統(tǒng)，其特征在于，所述狹縫裝置包括: 主體基板(I); 第一滑臺(9)和第二滑臺(2); 分別設置于第一滑臺(9)和第二滑臺(2)的兩相對內(nèi)側的第一狹縫刀片(7)和第二狹縫刀片(5)； 用于驅動第一滑臺(9)相對于主體基板(I)滑動的主驅動機構； 固定連接于第一滑臺(9)，用于驅動第二滑臺(2)相對于主體基板(I)滑動的副驅動機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的狹縫裝置，其特征在于，第一滑臺(9)和第二滑臺(2)共面并與主體基板(I)平行；主體基板(I)的兩側邊對稱固定連接左右兩條直線導軌副(6)，左右兩條直線導軌副(6)各包含兩個滑塊(29)，第一滑臺(9)分別與左右兩條直線導軌副(6)的其中一個滑塊固定連接，第二滑臺(2)分別與左右兩條直線導軌副(6)的其中另一個滑塊固定連接，第二狹縫刀片(5)的刀口與第一狹縫刀片(7)的刀口平行并與直線導軌副(6)垂直。
3.根據(jù)權利要求2所述的狹縫裝置，其特征在于，所述主驅動機構包括主絲杠(10)、主絲杠螺母(13)、主電機連接板(15)、軸承(17)、主電機法蘭(20)和主電機(21)，第一滑臺(9)一側與主絲杠螺母(13)固定連接，主絲杠(10)與主絲杠螺母(13)螺紋連接，主絲杠(10 )與主電機法蘭(20 )通過一對軸承(17 )相連，主電機法蘭(20 )通過主電機連接板(15)與主體基板(I)固定連接，主絲杠(10)的軸承安裝端通過聯(lián)軸器(19)與主電機(21)相連； 所述副驅動機構包括副絲杠(26)、副絲杠螺母(25)、副電機法蘭(24)、副電機連接板(22),軸承(17)和副電機(23)，副絲杠(26)與副絲杠螺母(25)螺紋連接，副絲杠(26)與副電機法蘭(24)通過一對軸承(17)相連，副電機法蘭(24)通過副電機連接板(22)與第一滑臺(9)固定連接，副絲杠(26)的軸承安裝端通過聯(lián)軸器(19)與副電機(23)相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的狹縫裝置，其特征在于，主絲杠(10)和副絲杠(26)與直線導軌副(6)平行設置，且分別設置在主體基板(I)的兩側。
5.根據(jù)權利要求4所述的狹縫裝置，其特征在于，主絲杠(10)和副絲杠(26)的軸承安裝端設置有鎖緊螺母(18)和軸承壓板(16)以分別限制主絲杠(10)和副絲杠(26)的軸向和徑向竄動。
6.根據(jù)權利要求3所述的狹縫裝置，其特征在于，主絲杠螺母(13)和副絲杠螺母(25)內(nèi)均設置有副螺母(11)和壓簧(12)組成的張緊機構以分別消除主絲杠(10)和主絲杠螺母(13)之間、副絲杠(26)和副絲杠螺母(25)之間的間隙。
7.根據(jù)權利要求3所述的狹縫裝置，其特征在于，第一滑臺(9)和第二滑臺(2)的同一側的與主體基板(I)平行的平面上都粘有光柵尺(27)，在與主體基板(I)固定連接的主讀數(shù)頭支架(14)和與第一滑臺(9)固定連接的副讀數(shù)頭支架(3)上均設置有光柵尺讀數(shù)頭(28)，光柵尺讀數(shù)頭(28)實時讀取光柵尺(27)以獲得第一狹縫刀片(7)和第二狹縫刀片(5)的實時位置。
8.根據(jù)權利要求1所述的狹縫裝置，其特征在于，第一狹縫刀片(7)和第二狹縫刀片(5)為碳化硼材料制成。
9.根據(jù)權利要求1所述的狹縫裝置，其特征在于，第一狹縫刀片(7)和第二狹縫刀片(5)在垂直于主體基板(I)的方向上錯位布置。
10.一種四刀狹縫，包括水平設置和豎直設置的兩狹縫裝置，所述狹縫裝置為權利要求1-9任一所述 的狹縫裝置 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四刀狹縫及其狹縫裝置，所述狹縫裝置包括主體基板(1)；第一滑臺(9)和第二滑臺(2)；分別設置于第一滑臺(9)和第二滑臺(2)的兩相對內(nèi)側的第一狹縫刀片(7)和第二狹縫刀片(5)；用于驅動第一滑臺(9)相對于主體基板(1)滑動的主驅動機構；固定連接于第一滑臺(9)，用于驅動第二滑臺(2)相對于主體基板(1)滑動的副驅動機構。本發(fā)明可以大大減小兩根絲杠獨立運動的誤差，從而獲得更高的狹縫開口精度，并可獲得十幾微米級別的狹縫。
文檔編號G01J3/04GK103162825SQ20131009953
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權日2013年3月26日
發(fā)明者肖松文, 朱濤, 韓慶夫, 段紅星, 王璐 申請人:中國科學院高能物理研究所